(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ陰極と陽極とを有する複数の角形のリチウム電池セルパックを含むリチウム電池セル群用の枠組の集合体であって、
第１の接続部材及び第１の母線取込機構を含む第１の枠組部材と、
第２の接続部材及び第２の母線取込機構を含む第２の枠組部材と、
を備え、
前記第１の接続部材は、前記第１の枠組部材と一体であり、
前記第２の接続部材は、前記第２の枠組部材と一体であり、該第２の枠組部材から延び、前記第１の接続部材とかみ合い、前記第１の枠組部材と前記第２の枠組部材とで前記リチウム電池セルパックを収納し、自動的に所定の型締力で固定するように構成され、
前記第１及び第２の母線取込機構は、延伸する母線を受ける凹部であり、前記枠組の集合体に収納される前記リチウム電池セルパックの前記陽極又は前記陰極の端子の一部が前記枠組の集合体の外部に延伸する部位に形成され、前記陽極又は前記陰極の端子の一部が前記第１及び第２の母線取込機構の少なくともいずれか一方で受けられることにより、前記母線と前記陽極又は前記陰極の端子の一部とが電気的に接続されるように構成されている、
ことを特徴とするリチウム電池セル群用の枠組の集合体。
【請求項２】
前記第１及び第２の枠組部材は、熱膨張性を有する重合体材料から生成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のリチウム電池セル群用の枠組の集合体。
【請求項３】
前記第１及び第２の枠組部材は、前記リチウム電池セルパックの外周部の少なくとも一部を固定するための互いに対向する型締面を含み、
前記第１及び第２の枠組部材のうちの少なくとも一方の前記型締面は、前記陽極又は前記陰極の端子の一部に対応する部位に前記端子を押圧しないための隙間である端子間隙機構を備える、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のリチウム電池セル群用の枠組の集合体。
【請求項４】
前記第１及び第２の母線取込機構は、前記母線用の通路として、前記対向する型締面に直交する方向に延びる、
ことを特徴とする請求項３に記載のリチウム電池セル群用の枠組の集合体。
【請求項５】
前記第１の接続部材は、タング受け器を含み、
前記第２の接続部材は、スナップタングを含む、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリチウム電池セル群用の枠組の集合体。
【請求項６】
前記第１及び第２の枠組部材は、積み重ねにより隣接する前記枠組の集合体との位置合わせのための連結機構を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のリチウム電池セル群用の枠組の集合体。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリチウム電池セル群用の枠組の集合体を複数積層して押圧して一体にする圧縮システムを備える、
ことを特徴とするリチウム電池セル群用の枠組の集合体。
【請求項８】
前記圧縮システムは、複数の請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリチウム電池セル群用の枠組の集合体を挟持する、少なくとも２枚の圧縮板を備える、
ことを特徴とする請求項７に記載のリチウム電池セル群用の枠組の集合体。
【請求項９】
前記圧縮システムは、前記少なくとも２枚の圧縮板の周りに巻き付ける少なくとも１本の圧縮帯をさらに備え、前記圧縮帯は前記リチウム電池セル群用の枠組の集合体に対して圧縮力を加える、
ことを特徴とする請求項８に記載のリチウム電池セル群用の枠組の集合体。
【請求項１０】
前記圧縮システムは、更に、前記少なくとも２枚の圧縮板を相互に固定する少なくとも１個のボルトを含む、
ことを特徴とする請求項８に記載のリチウム電池セル群用の枠組の集合体。
【請求項１１】
前記圧縮システムは、更に、締結部により相互に固定される上部筐体と下部筐体とを備える筐体を有し、
前記上部筐体と下部筐体とは、前記締結部で相互に固定されることにより、前記筐体に収納される、前記押圧により一体にされた前記複数の枠組の集合体を、更に押圧し前記筐体内で固定するように構成されている、
ことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のリチウム電池セル群用の枠組の集合体。
【請求項１２】
それぞれ陰極と陽極とを有する複数の角形のリチウム電池セルパックを有するリチウム電池セル群用の枠組の集合体であって、
前記枠組の集合体は、
複数の第１の枠組の集合体と、
前記複数の第１の枠組の集合体を結びつけ、前記角形リチウム電池セル群を形成するための圧縮システムと、
を備え、
前記第１の枠組の集合体は、第１の枠組部材と第２の枠組部材とを含み、
前記第１の枠組部材は、該第１の枠組部材と一体の第１の接続部材を含み、
前記第２の枠組部材は、該第２の枠組部材と一体であり、そこから延びる第２の接続部材を含み、
前記第１の接続部材と前記第２の接続部材とは、互いにかみ合うことにより、前記第１の枠組部材及び前記第２の枠組部材が備える、互いに対向する型締面により、前記角形リチウム電池セルパックを自動的に所定の型締力で固定するように構成され、
前記圧縮システムは、前記複数の第１の枠組の集合体を間に挟む少なくとも２枚の圧縮板を含む、
ことを特徴とするリチウム電池セル群用の枠組の集合体。
【請求項１３】
前記複数の第１の枠組の集合体に形成された複数の母線取込機構と、
該複数の母線取込機構を通り、前記第１及び第２の枠組部材の前記型締面に直交して延伸する母線と、を備える、
ことを特徴とする請求項１２に記載のリチウム電池セル群用の枠組の集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池群の集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製のケースにリチウム電池セルを実装することは、米国特許第６、４０６、８１５号おいて見られるような技術として知られている。これらの金属製のケースは、取扱や振動による損傷からセルを保護する利点を有する。また、これらは寸法が一致していて、米国特許第６、３６８、７４３号に開示されているとおり、複数のケースを組み合わせて一つの大きなパックにすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、金属製のケースは生産コストがかかり、個別の異なる構成は、さまざまな構成部品を製造するための新たな金型と、これらの構成部品を組み立てるための新しい工具を必要とする。そこで、封体部の中にリチウム電池セルを封入することによってリチウム電池セルのパックを作る技術や材料が開発されてきた。１つの類型は、米国特許第６、７２９、９０８号に見られる。不幸にも、これらの外装は、金属製のケースと同等の、構造的な剛性または取扱や振動からの保護をほとんど備えていないし、またリチウム電池セルのパックの厚みに固有のばらつきがあるため、均一の大きさのセル群に集約させることもできない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
セルの枠組は、リチウム電池セルのパックの外装封体部を、対向する側から外周部を囲むように型締めし、リチウム電池パックおよび枠組の集合体を形成する。もし外装封体部が折り重ね式であるならば、枠組は外装封体部の３カ所の密封縁部を型締めし、外装封体部底縁部を支え保護するために第４のまたは底面の縁部に凹面機構を備えることができる。もし、外装封体部が２つの別個の部品から作られ、その結果すべての４辺において密封されるのであれば、セルの枠組は全４箇所の密封縁部を型締めするように設計され得る。所定のリチウム電池パック群に対する端子のすべてを、機械的にかつ電気的に、母線に接続することを容易にするよう所定の位置にしっかりと母線を保持する母線取込機構を、枠組部材は有する。
【０００５】
本発明の別の観点において、２つの枠組部材は同一であり得る。その結果、単一の型穴から製造可能である。
【０００６】
本発明の別の観点において、リチウム電池パック群を形成するため、枠組部材は、１つまたは複数の追加のリチウム電池セルのパックおよび枠組の集合体を嵌合させかつ整合させるために、型締面から離れた面にピンおよびソケット機構を有する。
【０００７】
本発明の別の観点において、少なくとも１つのセル群を封入するハウジングが備えられる。ハウジングはセル群に対して付加的な圧縮力を加える。ある実施形態において、ハウジングは上部と底部からなり、締付具で互いに固定される。代替の実施形態では、１組の圧縮板はセル群を挟持し、圧縮板はセル群に付加的な圧縮力を加えるために互いに固定される。さらに他の実施形態において、少なくとも１本の圧縮帯を備える。圧縮帯は、圧縮力を加えるようにセル群を包み込む。
【０００８】
簡略化の目的で、用語“セル”はここでは、単一のセル、複数のセル、または他の基本的な電池セルの構成を意味する目的で用いられる。
【０００９】
付属の図面に関して、本発明は、例として記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
始めに図１を参照する。典型的なリチウム電池セルのパックが示され、全般的に符号１０が付される。図１は、リチウム電池セルのパックが陽極端子１１，陰極端子１２、外装封体部１５、側面密封縁部１３、上面密封縁部１６、底縁部１４を含むことを示す。実際の陽極および陰極の集合体（電池セル）は、外装封体部１５の内部に隠れており、隠線によって示される。
【００１１】
好適な実施形態において、外装封体部１５は重合体で被覆されたアルミホイルの一片からできており、セルの底縁部１４でリチウム電池セルを囲むように折り重ねられ、次いで側面密封縁部１３および上面密封縁部１６においてそれ自身に封止される。また、外装封体部は２またはそれ以上の別々の部品から作ることができ、その場合はすべての４辺で密封され得る。
【００１２】
本発明の実施形態によると、図２は、第１の枠組部材２０と第２の枠組部材３０を示すが、これらは、これらの間に配置されていることが示されているリチウム電池セルのパック１０上に型締めされる位置にある。好ましくは、枠組部材２０および３０は、例えば容易に成型できるプラスチックからできたプラスチック枠である。比較的にコストがかからず構造的に充分な、代表的で容易に成型できるプラスチックは、ＡＢＳプラスチックである。もし、難燃性プラスチックに対する必要性があれば、好ましくは、アブ−イサ氏の米国特許第６、８０９、１２９号に開示されているエラストマー熱膨張性材料のような、熱膨張特性を有するプラスチックが使用される。
【００１３】
第１の枠組部材２０および第２の枠組部材３０は互いに圧締めされ、それによってリチウム電池セルのパック１０の側面密封縁部１３および上面密封縁部１６で型締めされるので、スナップタング３１は、枠組部材を互いに係止するために、タング受け器２１を用いて枠組部材３０および２０の周辺部の周りを複数の箇所でそれぞれ係合し、これによって枠組の集合体の中にリチウム電池セルのパック１０を固定する。また、周辺部のまわりにあるタング３１は、リチウムセルに対してそれがセルの枠組の中に挿入されるとき、整合機構としての役割を果たす。第１の枠組部材２０および第２の枠組部材３０の双方は、型締面３３が端子を型締めしないように、端子１１および１２が外装封体部から突き出す枠組の部分で型締面３３上に隙間を作る端子間隙機構３７を含む。好適な実施形態において、リチウム電池セルのパック１０の底縁部１４は、２つの枠組部材が互いに係止されるときに一つになる２つの凹面３４により形成される端子溝によって所定位置に保持される。この端子溝はリチウム電池セルのパック１０の底縁部１４を保護することに役立つ。
【００１４】
また、図２は、２つの枠組部材２０および３０が互いに係止された後にあるであろう直線位置の陽極端子１１および陰極端子１２を示す。さらに、図２は、第１の枠組部材２０における母線取込機構２２、および第２の枠組部材３０における母線取込機構３２を示す。これらの機構の機能は図３に関連して以下に示される。
【００１５】
図３を参照する。多数の多種多様なリチウム電池セルのパックおよび枠組の集合体は、リチウム電池セル群５０を形成するよう積み重ねられて示される。枠組構造は、枠組部材反対側の型締面３３の側でピン２５およびソケット２６を採用することにより、この群の形成を容易にする。ピン２５およびソケット２６は、隣接する枠組みされたセルを互いに動かないようにする。セル群５０のリチウム電池セルのパックの数は、セル群の所望の電気特性次第で決まる。
【００１６】
図３は、さらに、図２に示される母線取込機構２２、３２に位置づけられた、陽極用および陰極用の端子母線４０を示す。好適な実施形態において、第１のリチウム電池セルのパックおよび枠組の集合体の端子１１、１２は、端子溝２６、３６の中に折り重ねられて、所望の長さの母線が第１のリチウム電池セルのパックおよび枠組の集合体に挿入される。次に、端子１１、１２は、好ましくは超音波を使って各母線４０に溶接される。続いて、第２のリチウム電池セルのパックおよび枠組の集合体の端子は、端子溝２６、３６の中に折り重ねられ、第２のリチウム電池セルのパックおよび枠組の集合体は、母線４０を第２のリチウム電池セルのパックおよび枠組の集合体の母線取込機構に整合させ、かつ、第１の集合体のピン２５およびソケット２６を対応する第２の集合体のソケット２６およびピン２５に整合させるような方法で、第１のリチウム電池セルのパックおよび枠組の集合体の上に置かれる。もちろん、ピンおよびソケット機構に対して示される形状は、限定することは意図されず、数多くの他の嵌合形状が同一の機能を果たすように使用され得る。表示される円筒形状は、単に説明目的のためのものである。上述したとおり、第２の集合体の端子１１、１２は、例えば超音波を使って母線４０それぞれに溶接される。リチウム電池セルのパックおよび枠組の集合体の所望の数がリチウム電池セル群５０を形成するように相互に積み重ねられるまで、この過程は続く。
【００１７】
セルを囲繞する、本発明に係るリチウムセルの枠組は、取り扱いの間、セル群５０に保護を与えるが、いったん電池パック内に実装されると、留め金機構２５および２６または他の連結機構によって加えられる付加的な圧縮力は、ある使用用途に対して、セルを把持するために充分な圧縮力を与えないかもしれない。端子は一般的に壊れやすいホイル厚金属で構成されているので、枠組とセルの間の相対運動は、結果として破損端子を生じ得る。
【００１８】
このように、付加的な圧縮型締力は、リチウムセルを型締めするために必要であろう。充分な型締力は、枠組とセルの間の相対運動を確実にほとんどまたは全くないようにする。
【００１９】
本発明は、セル群を構成するセルに付加的な圧縮力を加える機構を備える。ある実施形態において、セル群５０は、所定の場所にリチウム電池セルのパックおよび枠組の集合体のすべてを確実に保持するような方法で、セル群を保持するために適切な大きさの外部保護ケースにその後実装されることができ、枠組部材に付加的な型締力を加え、さらにリチウム電池セルのパックを固定する。あるいは、セル群５０は、好適な内部構造によって確実に保持され得る。
【００２０】
図４（ａ）および（ｂ）は、筐体半分４１０、４２０が分離された外部圧縮力供給構造体の分解図を示すが、図４（ｂ）は、ボルトを使用することにより、それぞれ互いに固定される筐体半分４１０および４２０を示す。電池パック筐体に使用される典型的な材料は、プラスチックである。もし、追加の強度が必要であれば、必要な物理的特性を獲得するためにプラスチックに添加剤を加えてもよい。もし、添加剤が筐体に対して充分な強度および剛性を与えないようであれば、金属成分とプラスチック成分の混成物が、追加の強度を加えるために製造され得る。
【００２１】
図４（ａ）において、（３つの）セル群５０が、筐体半分４２０に配置されて示される。図４（ａ）に見られるとおり、蓋が閉じられかつ圧縮力がセル階層に加えられる前に、母線が好ましくは中央母線構造体に取り付けられる。電池筐体のボルト４１２とともにボルト留め機構４１１は、枠組とセル群５０を構成するセルとの間の相対運動を極小化しまたは除去する、所望の力を与える。ボルト４１２は、図４（ａ）および（ｂ）に示されるが、他の留め具が使用されてもよい。
【００２２】
図４（ａ）に示される電池パック筐体は、直列に接続された７段のセル階層を収容する。表示される残りの空き四半分は、例えば、保護電子機器回路、ヒューズ、コネクタ、および内蔵配線用ハーネスのような電池パック付属品を実装するために使用され得る。また、電池パック筐体は、セル階層を囲むように嵌合を形成するための機構を収容し、さらに好ましくは、外側のセルに接続して機能する、同一のソケットおよびピン機構を含む。
【００２３】
また、セル群５０は、電池内部の半集合体の一部として圧縮システムハードウェアを含むように構成され得る。図５（ａ）および（ｂ）に示される代替力を供給する構造体では、内部構造体が圧縮力を加えるように使用される。これは、さまざまな構造体を使用して遂行され得る。図５（ａ）は、圧縮板５１０および、枠組とセル群５０を構成するセルとの間の相対運動を極小化または除去するボルト留め機構５１１に嵌合する圧縮ボルト（図示されない）を利用する内部圧縮システムを示す。図５（ｂ）は、圧縮帯５４０と併用して圧縮板５１０を利用する内部圧縮システムを示す。２つの圧縮帯５４０は、図５（ｂ）に示されるが、１本の圧縮帯または２本以上の圧縮帯が使用され得る。
【００２４】
上述の図４（ａ）、（ｂ）および図５（ａ）、（ｂ）は、いくつかの好適な圧縮力を供給する構造体の単なる例である。当該技術分野の通常の技術を有する者は、本発明の配置の多くの変形例が可能であることを理解するであろう。
【００２５】
図６（ａ）乃至（ｄ）は、４Ｖモジュールを形成するための４つのセルを有する本発明に係る枠組されたセルモジュールの組立てにおけるステップの好ましい例を示す。ステップ（ａ）において、第１のセル／枠組の集合体は、母線を覆って据えられる。好ましくは、セルの溶接タブは、超音波を使って母線に溶接される。ステップ（ｂ）乃至（ｄ）において、連続するセル／枠組の集合体は、母線を覆って据えられ、それから４Ｖ枠組モジュールを形成するため超音波を使ってそれぞれ母線に溶接される。
【００２６】
図７（ａ）乃至（ｄ）は、組立過程におけるステップの好ましい例を示し、このステップは、本発明に係る複数の枠組されたセルの外部保護ケースへの挿入を示す。図７（ａ）において、第１のセルの枠組の階層は外枠の底部半分に挿入される。図７（ｂ）は、外枠の底部半分に挿入された４つの階層を示す。図７（ｃ）は、図７（ｂ）において示された４つの階層に接して中央母線板を配置した後であって、かつ、母線に接して３つの階層が追加配置された後の、結果として生じた構造体を示す。図７（ｄ）は、すべての母線ボルトおよび最後の母線を取り付けた後の、結果として生じた電池の集合体を示す。図７（ｄ）に示される集合体は、図４（ａ）に示された底枠半分に挿入されたものとして示されたものと同一である。
【００２７】
ここに図示され詳細に説明された、電池セルを固定するための特定の方法および装置は、本発明の上述目的を全面的に達成することができるが、それは本発明の現在における好適な実施形態であり、それゆえ、本発明によって広範囲に意図される発明主題を代表するものであること、本発明の範囲が、当業者に自明になるかもしれない他の実施形態を全面的に含んでいること、かつ、それゆえに本発明の範囲が付属の請求項以外の何ものにも限定されないこと、例えば単数の要素に関しては、はっきりとそのように言及しないかぎり、“唯一の”を意味するようには意図されておらず、むしろ１またはそれ以上であることが理解されるべきである。この技術分野の通常の技術を有する者に知られまたは後に知られることとなる上述好適な実施形態における構成要素についての、すべての構造的かつ機能的な均等物は、参照によりここに明確に取り込まれ、本請求項によって含まれるように意図されている。さらに、ある装置または方法が、本発明によって解決されるべき個々およびすべての問題を処理することは必要とされない。その処理は本発明の複数の請求項に包含されるからである。またさらに、本発明に開示される構成要素、部品、または方法のステップはいかなるものも、この構成要素、部品、または方法のステップが本請求項に明示的に引用されているかどうかとは無関係に、公衆に献呈することは意図されない。請求項中の構成要素はいかなるものも、構成要素が、“〜するための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）”の文言を用いて明示的に説明していないかぎり、米国連邦法規類集第３５巻第１１２条第６段落の下で解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】外装封体部に封入されてリチウム電池セルのパックを形成する、従来技術のリチウム電池セルの例を示す図である。
【図２】リチウム電池セルのパックの密封縁部で型締めされる前の位置における２つの枠組部材を示す図である。
【図３】陽極および陰極の母線を有する、複数のリチウム電池セルのパックの階層であって、リチウム電池セル群を形成する図を示す。
【図４】外部圧縮力を与える構成の分解図であり、（ａ）は筐体半分が分離された図、（ｂ）は筐体半分が後にボルトを用いて互いに固定された図である。
【図５】（ａ）は圧縮板と圧縮ボルトを使用する内部の圧縮システムを示す図であり、（ｂ）は、セル群に巻き付ける圧縮帯を使用する別の内部の圧縮システムを示す図である。
【図６】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明に係る例示的な枠組されたセルのモジュール組立におけるステップを示す図である。
【図７】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明に係る複数の枠組されたセルの外部保護ケース内への挿入を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
0005180063.tif 000012
【図７Ａ】
0005180063.tif 000013
【図７Ｂ】
0005180063.tif 000014
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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